CN111980190A - 一种建筑用抗震装置 - Google Patents
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Abstract
一种建筑用抗震装置，其包括工字型柱，设置于工字型柱体表面的阻尼结构，阻尼结构为通过加强片固定于柱体上的阻尼层，阻尼结构通过与工字型柱表面摩擦实现阻尼作用。工字型钢柱通过伞形底座通过地脚螺栓固定安装在混凝土底座上，而阻尼结构安装在工字型钢柱紧邻伞形底座上方的位置。工字型钢柱的凹槽内设置两个加强板，两加强板间的距离大于翼缘加强片的长度，且分别位于加强片上下两侧，下加强板与伞形底座上边齐平或者低于伞形底座上边，两加强板之间设置自定心装置。本发明使得建筑物在地震中遇到突然载荷变形后可以实现部分恢复，更进一步的减小变形。
Description
技术领域
本发明属于建筑结构，涉及一种建筑用抗震结构。
背景技术
我国幅员辽阔，部分地区地震多发，给人民生命财产带来的严重威胁。目前各类工程建设标准、规范中均对建筑抗震有着明确规定，涉及抗震的标准有400个。在抗震设防烈度为6度以上的地区必须进行抗震设计建筑。从全球重大地震灾害调查中可以发现，95%以上的人命伤亡均是因为建筑物受损或倒塌的原因引起的。提高建筑物抗震性能，从工程建设中做好防震工作，是防震减灾的重要措施。现有建筑设计中，大量钢柱结构的广泛应用，往往也会对柱体结构进行防震设计，但现有设计防震效果仍然有待加强。
在结构件中设置缓冲区域来吸收地震能量是应对破坏性地震的措施之一，这种策略传统上通过加强柱体结构来实现，可以通过开发主体的可变性连接部分来实现，虽然通过特定结构吸收地震能量可以有效减少地震导致的建筑倒塌导致的人员伤亡，但这种吸收地震能量是通过结构件破坏来实现的，而破坏造成结构件的永久变形从而不可修复，同样导致了经济损失，所以通过结构件设计减小地震中结构件的变形使其达到不损坏的程度，是结构件抗震设计的要求。
发明内容
本发明通过针对钢柱结构设计的减震装置，通过阻尼结构设置实现地震中减小建筑物变形损坏，进一步，通过设置自定心装置使得建筑物在地震中遇到突然载荷变形后可以实现部分恢复，更进一步的减小变形。
一种建筑用抗震装置，其包括工字型柱，设置于工字型柱体表面的阻尼结构，阻尼结构为通过加强片固定于柱体上的阻尼层，阻尼结构通过与工字型柱表面摩擦实现阻尼作用。
工字型钢柱通过伞形底座通过地脚螺栓固定安装在混凝土底座上，而阻尼结构安装在工字型钢柱紧邻伞形底座上方的位置。
通过螺栓连接在工字型钢柱翼缘上的翼缘外加强片及翼缘外阻尼层，翼缘外阻尼层设置在翼缘外加强片与工字型钢柱翼缘外边面之间，通过螺栓连接在工字型钢柱翼缘上的翼缘内加强片及翼缘内阻尼层，翼缘内阻尼层设置在翼缘内加强片与工字型钢柱翼缘内表面之间， 翼缘外加强片、翼缘外阻尼层、工字型钢翼缘、翼缘内加强片、翼缘内阻尼层依次通过翼缘螺栓紧固连接。
翼缘外加强片设置两列螺栓孔，分别对应翼缘两侧及两个翼缘内加强片，翼缘内加强片上设置一列螺栓孔，工字型钢柱两侧翼缘内加强片对称布置，翼缘外阻尼层尺寸不大于翼缘外加强片，翼缘内阻尼层尺寸不大于翼缘内加强片，通过腹板螺栓连接在工字型钢柱腹板上的腹板加强片和腹板阻尼层，腹板加强片、腹板阻尼层、腹板、腹板阻尼层、腹板加强片依次通过腹板螺栓紧固连接。
腹板加强片设置两列螺栓，对称设置于腹板中部，腹板阻尼层尺寸不大于腹板加强片。
翼缘外阻尼层、翼缘内阻尼层、腹板阻尼层材料为橡胶、低碳钢、铝、黄铜或耐磨钢之一。
工字型钢柱的凹槽内设置两个加强板，两加强板间的距离大于翼缘加强片的长度，且分别位于加强片上下两侧，下加强板与伞形底座上边齐平或者低于伞形底座上边，两加强板之间设置自定心装置。
所述定心装置为设置在两个加强板之间的定心螺栓，安装时定心螺栓保持预紧力。
所述自定心装置设有弹性元件。
所述自定心装置也可以为定心交叉支撑
本发明通过针对钢柱结构设计的减震装置，通过阻尼结构设置实现地震中减小建筑物变形损坏，进一步，通过设置自定心装置使得建筑物在地震中遇到突然载荷变形后可以实现部分恢复，更进一步的减小变形。同时该结构由于具备预制条件，可以实现工厂化生产，相对于建筑施工现场操作提高了装置的可靠性。
附图说明
图1是本发明建筑抗震装置实施例一的主视图。
图2是本发明建筑抗震装置实施例一的俯视图。
图3是本发明建筑抗震装置实施例二。
图4是本发明建筑抗震装置实施例三。
图5是本发明建筑抗震装置安装结构图。
图6是本发明建筑抗震装置实施例四。
图7是本发明建筑抗震装置实施例五。
图8是本发明建筑抗震装置实施例六。
图9是本发明建筑抗震装置实施例七。
图10是本发明建筑抗震装置实施例七的安装示意图。
附图标记：1.柱体；2.翼缘外加强片；3.翼缘外阻尼层；4.翼缘螺栓；5.翼缘内加强片；6.腹板加强片；7.腹板螺栓；8.腹板；9.腹板阻尼层；10.翼缘内阻尼层；11.加强板；12.定心螺栓；13.弹簧；14.柱座体；15.斜螺栓一；16.斜螺栓二；17.斜螺栓弹簧；18.交叉支撑；19.右支撑；20.左支撑；21.弹性体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过附图说明和具体实施实例对本发明进行进一步详细说明。
本发明提供一种建筑用抗震装置，其应用于柱体结构中，其包括工字型柱，设置于工字型柱体表面的阻尼结构，阻尼结构通过与工字型柱表面摩擦实现阻尼作用。阻尼结构为通过加强片固定于柱体上的阻尼层，该阻尼结构具体为包含翼缘阻尼体与腹板阻尼体，翼缘阻尼体为螺栓固定在翼缘上的翼缘加强片与翼缘阻尼层，根据位置不同，翼缘阻尼体分为翼缘外阻尼体与翼缘内阻尼体，翼缘外阻尼体连接于翼缘外侧，翼缘内阻尼体连接于翼缘内侧。
腹板阻尼体为螺栓固定在腹板上的腹板加强片与腹板阻尼层。
同时工字型柱设置有底座，工字型柱通过焊接连接柱座体，柱座体通过地脚螺栓固定在水泥基座上，柱座体程伞状。位于工字型柱地震易变形位置设置有阻尼结构。
工字型柱内部设置有自定心结构，自定心结构为工字型柱内设置有加强筋，加强筋通过连接件连接，连接件相对加强筋提供紧固力，同时连接件还设置有阻尼结构。
本发明中，通过高强度螺栓将提供阻尼的摩擦垫紧固在柱体变形区域表面，这样可以实现工厂环节进行阻尼装置安装，有助于标准统一，提高其安装质量。
实施例一
该抗震装置，为设置在工字型钢柱上的阻尼结构，工字型钢柱通过图5所示伞形底座通过地脚螺栓固定安装在混凝土底座上，而阻尼结构安装在工字型钢柱紧邻伞形底座上方的位置，因为根据结构分析及实验验证，该位置是地震对工字型钢柱破坏最严重的地方，在不采取保护措施时变形最大。
阻尼结构具体参照图1和图2：通过螺栓连接在工字型钢柱翼缘上的翼缘外加强片2及翼缘外阻尼层3，翼缘外阻尼层3设置在翼缘外加强片2与工字型钢柱翼缘外边面之间，通过螺栓连接在工字型钢柱翼缘上的翼缘内加强片5及翼缘内阻尼层10，翼缘内阻尼层10设置在翼缘内加强片5与工字型钢柱翼缘内表面之间， 翼缘外加强片2、翼缘外阻尼层3、工字型钢翼缘、翼缘内加强片5、翼缘内阻尼层10依次通过翼缘螺栓4紧固连接。
其中，翼缘外加强片2设置两列螺栓孔，分别对应翼缘两侧及两个翼缘内加强片5，翼缘内加强片5上设置一列螺栓孔。工字型钢柱两侧翼缘内加强片5对称布置。翼缘外阻尼层3尺寸不大于翼缘外加强片2。翼缘内阻尼层10尺寸不大于翼缘内加强片5。
上述阻尼结构还包括，通过腹板螺栓7连接在工字型钢柱腹板上的腹板加强片6和腹板阻尼层9，腹板加强片6、腹板阻尼层9、腹板8、腹板阻尼层9、腹板加强片6依次通过腹板螺栓7紧固连接。
腹板加强片6设置两列螺栓，对称设置于腹板中部。腹板阻尼层9尺寸不大于腹板加强片6。
翼缘外阻尼层3、翼缘内阻尼层10、腹板阻尼层9材料选择范围涵盖：橡胶、低碳钢、铝、黄铜或耐磨钢等相对工字型钢柱材料屈服度低的材料，但不限于上述材料。阻尼层和钢板的接触面将通过摩擦耗散地震能量，有效减缓工字型钢柱的拉伸或者压缩形变。
上述腹板加强片长度上小于翼缘加强片，本具体实施例中，腹板加强片设置有四行螺栓，而翼缘加强片设置有六行螺栓，翼缘加强片的两行螺栓分别设置在翼缘加强片长于腹板加强片的上下两侧。这种设置经过实验验证是使得阻尼装置高有效性的合理设计。上述所用螺栓为高强度预加载螺栓。
实施例二
在实施例一的基础上，如图3所示，在工字型钢柱的凹槽内设置两个加强板11，两加强板11间的距离大于翼缘加强片的长度，且分别位于加强片上下两侧，下加强板11与伞形底座上边齐平或者低于伞形底座上边，两个加强板11通过焊接连接在工字型钢柱上，两个加强板11之间设置有定心螺栓12，安装时定心螺栓12保持预紧力。该定心螺栓有助于减小地震中加强板11与工字型钢柱构成的四边形的塑形变形，有助于提高抗震效果。
实施例三
在实施例二的基础上，如图4所示，定心螺栓12配合弹性元件安装，本实施例中的一种选择为：该弹性元件为弹簧13；进一步的该弹簧可以采用数个碟簧，该弹性元件可设置在下加强板处、上加强板处或在上下加强板处均设置。该弹性元件的设置有助于地震中四边形的塑形变形的形成与恢复，经试验表明，该结构设置可以有效减小工字型钢柱的变形，使建筑避免在地震中永久损伤。
具体试验中，阻尼层9与工字型钢柱之间摩擦系数为0.6，腹板连接的上侧和下侧有四个螺栓，柱顶部与阻尼结构中心的距离为1.55m，重新定心系统采用了两个M20螺纹杆分别固定在工字钢的两个槽体内，最大预加载力为171.5 kN，其初始预加载力为100 kN。为保证该装置最大旋转为40 mrad，加强板11上为定心螺栓12水平开孔的最大间隙开口为4.8mm，采用直径等于45毫米，厚度等于5毫米，内锥高度等于1.4毫米的标准碟形弹簧，需要三个平行的碟形弹簧来抵抗杆的屈服力。通过蝶形弹簧数量及排布形式，即设置定心螺栓的数量调节该装置整体刚度。在柱向载荷700KN的情况下，该装置的残余旋转可以达到1.7-5.2毫弧度。
实施例四
在实施例一的基础上，如图6所示，在工字型钢柱的凹槽内设置两个加强板11，两加强板11间的距离大于翼缘加强片的长度，且分别位于加强片上下两侧，下加强板11与伞形底座上边齐平或者低于伞形底座上边，两个加强板11通过焊接连接在工字型钢柱上，两个加强板11之间设置有斜螺栓一15、斜螺栓二16，两个斜螺栓交叉设置，斜螺栓安装时同样设置预紧力，此结构有助于四边形结构稳定，有助于减小地震中加强板11与工字型钢柱构成的四边形的塑形变形，有助于提高抗震效果。
实施例五
在实施例四的基础上，如图7所示，斜螺栓一15、斜螺栓二16均配合弹性元件安装，本实施例中的一种选择为：该弹性元件为弹簧17；进一步的该弹簧可以采用数个碟簧，该弹性元件可设置在下加强板处、上加强板处或在上下加强板处均设置。该弹性元件的设置有助于地震中四边形的塑形变形的形成与恢复，经试验表明，该结构设置可以有效减小工字型钢柱的变形，使建筑避免在地震中永久损伤。
实施例六
在实施例一的基础上，如图8所示，在工字型钢柱的凹槽内设置两个加强板11，两加强板11间的距离大于翼缘加强片的长度，且分别位于加强片上下两侧，下加强板11与伞形底座上边齐平或者低于伞形底座上边，两个加强板11通过焊接连接在工字型钢柱上，两个加强板11之间设置有交叉支撑件18，该交叉支撑件与加强板11连接并具有上下，左右两个方向的弹性，该设置同样有助于地震中四边形的塑形变形的形成与恢复。
实施例七
在实施例六的基础上，如图9所示，在工字型钢柱的凹槽内设置两个加强板11，两加强板11间的距离大于翼缘加强片的长度，且分别位于加强片上下两侧，下加强板11与伞形底座上边齐平或者低于伞形底座上边，两个加强板11通过焊接连接在工字型钢柱上，两个加强板11之间设置有交叉支撑件，该支撑件通过分别连接在加强板上的左支撑20与右支撑19及二者之间的弹性体21实现，采用分体式结构加入弹性体21可以提高抗变形恢复能力。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种建筑用抗震装置，其包括工字型柱，设置于工字型柱体表面的阻尼结构，其特征在于：阻尼结构为通过加强片固定于柱体上的阻尼层，阻尼结构通过与工字型柱表面摩擦实现阻尼作用。
2.根据权利要求1所述的一种建筑用抗震装置，其特征在于，工字型钢柱通过伞形底座通过地脚螺栓固定安装在混凝土底座上，而阻尼结构安装在工字型钢柱紧邻伞形底座上方的位置。
3.根据权利要求1或2所述的一种建筑用抗震装置，其特征在于，通过螺栓连接在工字型钢柱翼缘上的翼缘外加强片(2)及翼缘外阻尼层(3)，翼缘外阻尼层(3)设置在翼缘外加强片(2)与工字型钢柱翼缘外边面之间，通过螺栓连接在工字型钢柱翼缘上的翼缘内加强片(5)及翼缘内阻尼层(1)(0)，翼缘内阻尼层(10)设置在翼缘内加强片(5)与工字型钢柱翼缘内表面之间，翼缘外加强片(2)、翼缘外阻尼层(3)、工字型钢翼缘、翼缘内加强片(5)、翼缘内阻尼层(10)依次通过翼缘螺栓(4)紧固连接。
4.根据权利要求3所述的一种建筑用抗震装置，其特征在于，翼缘外加强片(2)设置两列螺栓孔，分别对应翼缘两侧及两个翼缘内加强片(5)，翼缘内加强片(5)上设置一列螺栓孔，工字型钢柱两侧翼缘内加强片(5)对称布置，翼缘外阻尼层(3)尺寸不大于翼缘外加强片(2)，翼缘内阻尼层(10)尺寸不大于翼缘内加强片(5)，通过腹板螺栓(7)连接在工字型钢柱腹板上的腹板加强片(6)和腹板阻尼层(9)，腹板加强片(6)、腹板阻尼层(9)、腹板(8)、腹板阻尼层(9)、腹板加强片(6)依次通过腹板螺栓(7)紧固连接。
5.根据权利要求4所述的一种建筑用抗震装置，其特征在于，腹板加强片(6)设置两列螺栓，对称设置于腹板中部，腹板阻尼层(9)尺寸不大于腹板加强片(6)。
6.根据权利要求5所述的一种建筑用抗震装置，其特征在于，翼缘外阻尼层(3)、翼缘内阻尼层(10)、腹板阻尼层(9)材料为橡胶、低碳钢、铝、黄铜或耐磨钢之一。
7.根据权利要求2所述的一种建筑用抗震装置，其特征在于，工字型钢柱的凹槽内设置两个加强板(11)，两加强板(11)间的距离大于翼缘加强片的长度，且分别位于加强片上下两侧，下加强板(11)与伞形底座上边齐平或者低于伞形底座上边，两加强板之间设置自定心装置。
8.根据权利要求7所述的一种建筑用抗震装置，其特征在于，所述定心装置为设置在两个加强板之间的定心螺栓，安装时定心螺栓保持预紧力。
9.根据权利要求8所述的一种建筑用抗震装置，其特征在于，所述自定心装置设有弹性元件。
10.根据权利要求7所述的一种建筑用抗震装置，其特征在于，所述自定心装置为定心交叉支撑。
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